CN113320691B - 一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种续航时间可延展的多用途授粉无人机，包括机身主体、展臂、旋翼、脚架、飞控系统、供电管理系统，所述机身主体安装于脚架上，旋翼安装于展臂上，展臂连接于机身主体，飞控系统用于控制无人机飞行，供电管理系统用于控制电池的通断电，所述机身主体设有搭载平台，用于安装模式组件，模式组件包括电池箱或药箱装置，电池箱设有多个独立腔体，独立腔体用于安装电池；药箱装置包括药箱和一个以上的独立腔体。当安装电池箱时，能够实现续航和授粉时间的延展，提高授粉效率；当安装药箱装置时，可用于喷药作业。无论是安装电池箱还是药箱装置都可在发电模块固定支座安装发电模块，实现油电混合动力供电，进而实现续航时间高度延展。

Description

一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地，涉及一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法。

背景技术

授粉是杂交水稻制种的关键环节。充分、均匀的授粉是提高制种质量和产量的前提保障。杂交水稻制种过程中，若仅仅依靠自然风进行授粉，较难满足实际生产的要求。

目前水稻辅助授粉方式主要有人力式与机械式。人力辅助式授粉一般是通过人工扑打植物穗颈，使穗头振动从而使花粉弹出来实现授粉(如单长竿赶粉法、双短竿推粉法、绳索拉粉法等方式)。其原理就是通过人力辅助将父本花粉从花穗上分离并飞扬到母本区进行花穗授粉或是直接通过自然风来吹扬父本花穗为母本区完成授粉。传统人力式辅助授粉作业具有劳动强度大、授粉不均匀、花粉的飞扬距离都过短、生产效率低等缺点，已难以满足现代化制种的需求。机械辅助式授粉主要分为碰撞式与气力式，碰撞式模拟人力授粉，即通过震荡作用将花粉扬出，该方法使用的机具结构简单，操作方便，但易损伤植株；气力式授粉模拟自然风媒原理，利用风机产生持续、稳定、定向的气流，弥补了自然风不确定的不足。气力式授粉的工具及使用方式较多，有直升飞机授粉、无人机授粉、便携风机授粉等。直升飞机授粉对作业人员技术水平要求较高，并且需要专用起飞降落场地，作业环境要求高，暂时不合适我国现阶段的农业发展状况。便携风机授粉由人员背负气泵及相关工具在田间行走作业，该授粉方式比人力辅助式授粉性能有所提高，但仍无法摆脱人力作业的落后性。在气力式授粉中，应用无人机对杂交水稻制种进行辅助授粉，是一种新兴的气力式辅助授粉方式。

近年来，无人机在杂交水稻辅助授粉领域得到快速的发展，应用农用无人机进行辅助授粉，授粉效率显著提高，同时在农艺种植上提高了父母行种植比，便于插秧机和收割机作业，有利于杂交水稻制种实现全程机械化。现有技术中设计有一种无人机授粉作业的机载装置(专利号：CN103238513B)，其将垂直方向的风场转变为水平方向的风场，但是该风场很难作用在父本行上，所以授粉效果欠佳。

现有的农用无人机续航时间通常为10-15min，而杂交水稻的有效授粉时间短，农艺上要求在有效授粉时期内尽量减少起降次数以免浪费宝贵的授粉时间。

虽然现有技术中设计有在无人机上安装备用电池，但其安装空间是固定的，且备用电池大小是与无人机结构严格匹配的，无法对续航时间进行进一步拓展，当应用至授粉作业时，无法依据授粉区域大小提供相对较长的续航和授粉时间，而且无法控制供电状况。此外，现有技术中的备用电池通常在无人机紧急状况才会启动，其内置的电量是相对较小的。备用电池无法进行重量上的扩充，既无法增加起飞重量，即无法增加旋翼转速，也就无法提高辅助授粉的效果。同时，若仅仅为了增加无人机的续航则会占用无人机较大空间，相应的无人机容易成为仅限于延展续航时间的授粉无人机，在对农作物使用其他操作时则需要另外的无人机，使得无人机的利用率大大下降，即无法实现单个无人机应用于不同场景的功能。无人机功能单一化时，不仅成本相对较高，且操作也较为不方便。为了实现无人机的多用途，进一步提高无人机利用率，使无人机不局限于增加授粉时间的装置，有必要使延展续航的装置与无人机本身相互独立，从而使无人机自身还具有拓展性，适用于其他应用场景。

传统的电池并联扩容实现延展续航时间的方式存在以下弊端：实际应用当中，电池直接并联，由于电池间易出现电压和容量上的差异，使高电压的电池反向充电低电压的电池，导致电池的利用效率下降。放电过程中，性能最差的电池决定了电池组的性能。随着电池的老化，容量和性能差的电池更加容易出现严重的两端极化和发热，导致电池的容量加速衰退，使得电池的容量和性能利用率更低，影响电池寿命。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，该无人机具有搭载平台，可配合不同的模式组件实现多种作业模式快速切换；当安装电池箱时，能够实现续航和授粉时间的延展，并增加无人机起飞重量，有助于提高授粉效率和授粉效果；当在电池箱上的发电模块固定支座安装发电模块，可实现油电混合动力供电，能够实现续航时间和授粉时间高度延展；当安装药箱装置时，除了自身授粉功能外，还能用于喷药作业，喷药模式下同样可以搭载发电模块实现油电混合动力供电，延展喷药时间，提高喷药作业效率。

本发明采取的技术方案是，一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，包括机身主体、展臂、旋翼、脚架、飞控系统、供电管理系统，所述机身主体安装于脚架上，所述旋翼安装于展臂上，所述展臂连接于机身主体，所述飞控系统用于控制无人机飞行，所述供电管理系统用于管理电池的通断电，所述机身主体设有搭载平台，所述搭载平台用于安装模式组件，所述模式组件包括电池箱或药箱装置，所述电池箱设有多个独立腔体，所述独立腔体用于安装电池；所述的电池箱还设有发电模块固定支座，用于固定发电模块；所述药箱装置包括药箱和一个以上的独立腔体，所述药箱设有药物入口、药物出口，所述药箱上面可以用药箱装置的施药作业时药箱装置的发电模块固定支座安装发电模块。所述旋翼固定在无刷电机上，无刷电机固定在电机底座上，而电机底座则固定于展臂上，而展臂固定于机身主体上。所述展臂通过固定螺栓固定于机身主体上，所述展臂通过可绕展臂固定螺栓进行转动。所述展臂通过卡接的方式固定于机身主体上，机身主体设置有相应的槽口，展臂能够通过简单的安装方式固定于机身主体上。所述脚架安装于机身主体底部，用于支撑机身主体。所述飞控系统受远程遥控器控制或依据预设定参数控制，对无人机的飞行高度、速度等进行控制。

优选的，通过航拍设别父本行，自动生成航线并根据授粉需求，并且通过机器视觉辅助识别父本，纠正偏航使无人机在特定高度、速度、航线、幅宽下达到精准授粉的效果。

所述搭载平台用于安装模式组件，能够便捷、快速的更换模式组件，以配合不同的使用需求，实现授粉作业与喷药作业多用途无人机的目标。当模式组件为电池箱时，电池箱通过设置多个独立腔体来容纳电池，所述电池包括聚合物锂电池。当放置多个独立腔体时，使用者根据实地需求和辅助授粉时间要求放置1～n个电池，其中n为电池箱内独立腔体总数，以实现辅助授粉无人机的续航延展。当授粉作业区域较大且辅助授粉时间要求较长时，放置多组电池至独立腔体，一方面增加单次辅助授粉时间，另一方面，随着电池数量的增加，无人机的起飞重量增加，起飞或维持飞行所需要的旋翼转速相应提高，从而增大旋翼产生的风场，有利于父本花粉向母本扩散。当模式组件为药箱装置时，除了利用旋翼产生的下洗气流辅助授粉外，还能用于喷药作业。

药箱装置包括药箱和一个以上的独立腔体，当授粉无人机用于进行喷药作业时，药箱装置中的独立腔体安装电池后为无人机提供电能，相应的，也可设计多个独立腔体以容纳多组电池实现延展单次喷药作业的时间，但该时间受限于药箱所占体积，无法实现电池箱的延展程度。在安装药箱装置后的无人机虽然依然可利用旋翼产生的下洗气流进行辅助授粉，但该模式下授粉时间受限，无法实现高度延展，但提供了一机两用的便捷方式，可在授粉作业、喷药作业状态下进行相互转换，避免改变无人机结构，缩短更换模式组件的时间，适合实时改变无人机作业需求的场景。无论模式组件为电池箱还是药箱装置，都可以在对应装置上安装发电模块，给无人机和聚合物锂电池提供电能。所以搭载平台安装模式组件中的电池箱或者模式组件药箱装置实现了续航时间可延展的多用途授粉无人机。

优选的，所述机身主体包括一对纵向的机架支撑杆和一对横向的机架横臂，所述机架支撑杆与机架横臂连接形成矩形状的搭载平台，旋翼通过展臂连接搭载平台的四角；所述搭载平台的一侧固定有机头，所述飞控系统设于机头内。所述展臂对称分布在矩形搭载平台的四角，从而形成X字形机体。

优选的，所述电池箱为箱体结构，所述箱体结构设有开口，且开口上沿与搭载平台卡接。所述电池箱设有多个垂直挡板，所述挡板分割电池箱为多个独立腔体，所述独立腔体用于容纳电池，独立腔体之间设有间隙，用于电池散热。电池箱设计为箱体结构不仅仅是为了方便匹配搭载平台，且常见的电池均表现为方形体，所以箱体结构有助于电池的容纳，并提供足够的电池容纳空间。由于箱体本身是开口形，所以可以即时、快捷的将电池安装或更换电池，尤其是具有手持部件的电池，有助于缩短启用无人机或无人机多次使用之间的时间间隙。所述电池箱与搭载平台通过卡接结构固定连接，有助于快速安装和拆卸，减少安装或拆卸时间，提高作业效率。

优选的，所述电池箱设有油箱固定座，用于安装油箱，油箱固定座旁边设有发电模块固定支座，用于安装发电模块。

优选的，所述电池箱设有电池箱电源接口，所述独立腔体设有独立腔体电源接线口，所述电池箱电源接口汇集多个独立腔体电源接线口。所述电池箱中设有供电管理系统，所述电源接线口与供电管理系统连接。

优选的，所述供电管理系统通过继电器控制独立腔体中的电池通断电，所述电池与继电器之间还连接有二极管。无人机在飞行过程中不断采集安装于不同独立腔体中电池的实时电压，给控制继电器提供不同的电平信号，从而实现单个电池电量耗尽后再启动下一个电池电源，有效避免了电池同时供电造成的过度放电问题；同时，每个电池与其继电器之间连接有二极管，避免电压高的电池向电压低的电池反向充电，减少电池之间相互充电而消耗电能。

优选的，所述旋翼为四个，对称分布于搭载平台的四角，所述旋翼的旋转轴心与机身主体平面不垂直，所述旋翼的旋转轴心向搭载平台中心或向机身主体的中心或向内侧倾斜。四旋翼轴心并不是垂直于机身平面，在不消耗过多的能量的情况下，四旋翼的轴心机身中心倾斜一定的角度，使得旋翼所产生的风场有一个向左右两边风场，有利于父本花粉向两边的母本扩散，同时，当安装有药箱装置时，由于该风场的产生，喷药作业幅宽增大，提高了喷药效率。

所述药箱装置包括液泵、管道、药箱、一个以上的独立腔体，所述药箱装置插拔连接搭载平台，所述旋翼下方设有药液雾化装置，所述液泵提供动力使药箱内药物通过管道输出至药液雾化装置。所述的药箱上可以安装药箱装置的施药作业时药箱装置的发电模块固定支座，用于安装发电模块，给无人机和聚合物锂电池供电。所述独立腔体容纳聚合物锂电池，聚合物锂电池为无人机提供电能。

所述的发电模块包括油箱、燃油发动机、发电机、整流单元、滤波单元、稳压单元。所述的燃油发动机保持最佳功率转速，带动发电机产生交流电经过整理、滤波、稳压转换成直流电能，传递给无人机或者聚合物锂电池。

一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，应用于上述的无人机，其授粉作业方法包括以下步骤：

S1：在搭载平台安装电池箱，依据授粉作业区域划分单条或多条航线，或利用航拍识别父本行，自动生成航线；

S2：将生成的航线导入无人机遥控器，并设置作业的高度以及速度；

S3：放置无人机于授粉作业航线起点，并在多个独立腔体中填入电池，或者在发电模块固定支座上安装发电模块实现油电混合动力供电；

S4：接通无人机电源，等待无人机上电自检就绪后，上传作业任务，无人机依据设定的参数进行授粉作业；

S5：在飞行过程中利用机器视觉辅助识别父本，纠正偏航保持无人机航线处于对应父本厢中间，同时，供电管理系统依据电池数量、电池电压控制不同腔体中电池的自动切换，保证稳定供电，实现续航时间自动延展；

S6：在无人机的飞行过程中，旋翼产生的风场作用于父本稻穗，促使父本花粉脱落，在风力的辅助下，扩散至母本花蕊，实现辅助授粉。

优选的，步骤S5中定位采用GNSS-RTK定位系统，该系统包括设置于地面的RTK基站和设置于无人机上的GNSS、RTK信号接收器。将无人机放在授粉作业第一条航线起点位置后，然后架设RTK地面站，接通RTK地面站电源，从而与设置于无人机上的GNSS、RTK信号接收器连接，实现动态而精准的定位。

一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，应用于上述的无人机，其喷药作业方法包括以下步骤：

S1：将搭载平台的模式组件换为药箱装置；

S2：设置喷药作业区域，依据喷药作业区域划分单条或多条航线，或利用航拍识别田块边界，自动生成航线；

S3：将生成的航线导入无人机遥控器，并设置作业的高度以及速度；

S4：放置无人机于喷药作业航线起点，通过药箱入口向药箱装置的药箱加入药物，添加电池至独立腔体内；若需要延展续航时间，可在药箱上安装发电模块，实现油电混合动力供电；

S5：接通无人机电源，等待无人机上电自检就绪后，上传作业任务，无人机依据设定的参数进行喷药作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

提供一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，配合不同模式组件应用于不同的作业场景，实现了授粉无人机的机身主体与模式组件之间的独立性；当安装电池箱时，能够实现续航和授粉时间的延展，并增加无人机起飞重量，有助于应用于多种授粉场景、提高授粉效率；当安装药箱装置时，除了自身授粉功能外，还能用于喷药作业。在安装电池箱或者药箱装置的基础上安装发电模块，实现油电混合动力供电，能够高度延展续航时间，同时减少电池的使用数量。

所述供电管理系统通过继电器控制独立腔体中的电池通断电，所述电池与继电器之间还连接有二极管，并保证独立腔体之间的电池不会发生相互充电，减少电能的损耗。

以无人机续航时间从10min提高到30min为例，按4.5m/s的飞行速度，两厢父本间隔10m计算，单次授粉面积可达14.2公顷，则30min里至少减少两次起降，增加20亩授粉作业面积，显著提高授粉效率。

此外，通过设置于机身主体平面不垂直的旋翼轴心，使得旋翼能够产生左右风场，从而使授粉范围更大，授粉效率更高。

附图说明

图1为未安装模式组件的无人机立体图(一)。

图2为立体图(一)的RTK差分数据天线和GNSS卫星定位天线的局部放大图(一)。

图3为立体图(一)旋翼区域的局部放大图(二)。

图4为安装电池箱的无人机立体图(二)。

图5为电池箱结构示意图。

图6为安装药箱装置的无人机立体图(三)。

图7为立体图(三)展臂区域的局部放大图。

图8为安装药箱装置的无人机内部立体图(四)。

图9为立体图(四)喷嘴的局部放大图(一)。

图10为药箱装置立体图(一)。

图11为药箱装置内部立体图(二)。

图12为药箱装置内部立体图(二)的局部放大图。

图13为电池箱上安装发电模块的无人机立体图

图14为药箱上安装发电模块的无人机立体图

图15为放置三个电池时的供电管理系统原理图。

图16为发电模块油电混合动力供电原理图。

图17为实施例中四轴风场与传统四轴风场传播示意图。

图18为实施例中四轴风场仿真与传统四轴风场仿真前视云图。

图19为无人机授粉作业方法的流程示意图。

图20为无人机喷药作业方法的流程示意图

图21为供电管理系统程序控制框图。

附图说明：旋翼1、RTK差分数据天线2、GNSS卫星定位天线3、药箱4、聚合物锂电池5、机架横臂6、展臂卡扣7、脚架8、展臂9、无刷电机10、药液雾化装置11、药液输送管12、展臂固定螺栓13、右液泵14、液位计15、软管16、药箱出药口17、机头18、飞控系统19、电机底座20、喷嘴21、泄压阀22、药箱手提槽23、机架支撑杆24、前聚合物锂电池25、中聚合物锂电池26、后聚合物锂电池27、后独立腔体电源接线口28、电池箱29、后独立腔体30、中独立腔体电源接线口31、中独立腔体32、前独立腔体33、前独立腔体电源接线口34、电池箱电源接口35、药箱独立腔体电源接线口36、药箱加药口37、前端喷洒输药管38、聚合物锂电池接头39、左液泵40、后端喷洒输药管41、药箱电源接头42、搭载平台43、发电模块固定支座44、油箱固定座45、油箱46、燃油发动机47、发电机48、施药作业时药箱装置的发电模块固定支座49。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例

如图1～15所示，本实施例公开了一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，包括机身主体、展臂、旋翼、脚架、飞控系统，所述机身主体安装于脚架8上，所述旋翼1安装于展臂9上，所述展臂9连接于机身主体，所述飞控系统19用于控制无人机飞行，所述机身主体设有搭载平台43，所述搭载平台43用于安装模式组件，所述模式组件包括电池箱29或药箱装置，所述电池箱29设有多个独立腔体，所述独立腔体用于安装电池；所述药箱装置包括药箱4和一个以上的独立腔体，所述药箱设有药物入口37、药物出口17。所述机身主体包括一对纵向的机架支撑杆24和一对横向的机架横臂6，所述机架支撑杆24与机架横臂6连接形成矩形状的搭载平台43，旋翼1通过展臂9连接搭载平台43的四角；所述搭载平台43的一侧固定有机头18，所述飞控系统19设于机头18内。

本实施例中，续航时间可延展的多用途授粉无人机包括旋翼1、RTK差分数据天线2、GNSS卫星定位天线3、药箱4、聚合物锂电池5、机架横臂6、展臂卡扣7、脚架8、展臂9、无刷电机10、药液雾化装置11、药液输送管12、展臂固定螺栓13、右液泵14、液位计15、软管16、药箱出药口17、机头18、飞控系统19、电机底座20、喷嘴21、泄压阀22、药箱手提槽23、机架支撑杆24、前聚合物锂电池25、中聚合物锂电池26、后聚合物锂电池27、后独立腔体电源接线口28、电池箱29、后独立腔体30、中独立腔体电源接线口31、中独立腔体32、前独立腔体33、前独立腔体电源接线口34、电池箱电源接口35、药箱独立腔体电源接线口36、药箱加药口37、前端喷洒输药管38、聚合物锂电池接头39、左液泵40、后端喷洒输药管41、药箱电源接头42、搭载平台43、发电模块固定支座44、油箱固定座45、油箱46、燃油发动机47、发电机48、施药作业时药箱装置的发电模块固定支座49。

旋翼1固定在无刷电机10上，无刷电机10固定在电机底座20上，电机底座20套在展臂9上并用螺栓锁紧，四个药液雾化装置11分别固定于四个电机底座20底部，所述药液雾化装置11包括喷嘴21和泄压阀22。展臂固定螺栓13将展臂9固定在机架横臂6上，展臂9可绕着展臂固定螺栓13转动，方便折叠携带，展臂连接电机底座的另一端设有展臂卡扣7，所述展臂卡扣7在展臂9展开时扣住机架横臂的槽口。两条机架横臂6与两条机架支撑杆24通过套接方法固定成矩形结构，中间形成矩形状的搭载平台43，四个矩形角分别固定有展臂9，从而形成X字形机体结构。机身主体一侧的机架横臂3上安装有两个RTK差分数据天线2，采用差分原理提高飞行精度，同时，两个RTK差分数据天线2之间还安装有GNSS卫星定位天线3，两脚架8分别固定在机架支撑杆24上。

矩形状的搭载平台43可放置用于延展续航时间的电池箱29，如图5所示，所述电池箱为箱体结构，所述箱体结构设有开口，且开口上沿与搭载平台卡接，所述电池箱设有多个垂直挡板，所述挡板分割电池箱为多个独立腔体，所述独立腔体用于容纳电池，独立腔体之间设有间隙，用于电池散热；独立腔体上有电池的电源接线口。本实施例中，电池箱29上设计的前独立腔体33、中独立腔体32、后独立腔体30，所述独立腔体之间设有间隙。且前中后独立腔体的侧面、底部均设有散热口。

所述的电池箱29设有发电模块固定支座44，发电模块固定支座44可安装燃油发动机47，燃油发动机47与发电机48通过联轴器相连接，用于无人机和聚合物锂电池供电，同时电池箱29还设有油箱固定座45用于安装油箱46，给燃油发动机47提供燃料。

同时，三个独立腔体分别设有前独立腔体电源接线口34，中独立腔体电源接线口31，后独立腔体电源接线口28，电池箱29上设置了电池箱电源接口35，用于汇总前中后独立腔体电源，为无人机供电。

在延展续航时间进行授粉作业时，本发明可安装多个电池至电池箱进行作业，所述供电管理系统通过继电器控制独立腔体中的电池通断电，所述电池与继电器之间还连接有二极管，可防止电池切换的过程中，电压高的电池反向给电压低的电池充电，减少电池之间的电能消耗。本实施例以放置3个电池为例说明本发明的供电管理系统原理，如图15所示。本发明采集不同独立腔体内的电池实时电压，供电管理系统开始时，单片机给继电器L1提供高电平，继电器开关K1闭合，单片机给继电器L2和继电器L3提供低电平，继电器开关K2和K3断开，当前聚合物锂电池25的电压大于44.4V时，继电器开关K1闭合，继电器开关K1和K3断开，此时只有前聚合物锂电池25提供电能给无人机；当前聚合物锂电池25的电压等于或小于44.4V时，单片机给继电器L2提供高电平，继电器开关K2闭合，给继电器L3提供低电平，继电器开关K3断开，延迟2秒后单片机给继电器L1提供低电平，继电器开关K1断开，此时只有中聚合物锂电池26电池供电；同理，当中聚合物锂电池26的电压等于或小于44.4V时，单片机给继电器L3提供高电平，继电器开关K3闭合，给继电器L1提供低电平，继电器开关K1断开，延迟2秒后单片机给继电器L2提供低电平，继电器开关K2断开，此时只有后聚合物锂电池27给无人机供电；当后聚合物锂电池27电压等于或者小于44.4V时，无人机返航降落，如图21所示。

矩形的搭载平台43也可放置药箱装置，所述药箱装置包括药箱4和布置于药箱4后的独立腔体，独立腔体可容纳聚合物锂电池5，独立腔体上沿还设有药箱独立腔体电源接线口36，所述药箱后电源接线口36与聚合物锂电池5顶部的聚合物锂电池接头39连接。药箱4底部设有液位计15，顶部设有药箱手提槽23，方便拆卸；药箱4底部的药箱出药口17与软管16一端连接，软管16的另一端分为两个接口，两个接口通过管道分别固定连接于药箱底部的左液泵40和右液泵14。经左液泵40提供动力后，药物先经过前端喷洒输药管38，所述前端喷洒输药管38再将药物分流流入药液输液管12，直至无人机前端的两药液雾化装置11；同理，经右液泵14提供动力后，药物先经过后端喷洒输药管41，所述后端喷洒输药管41再分流药物流入药液输液管12，直至无人机后端的两药液雾化装置11。此外，药箱电源接头42用于连接电池和无人机电路，以给无人机供电。

所述的药箱4可安装施药作业时药箱装置的发电模块固定支座49，所述施药作业时药箱装置的发电模块固定支座49可安装燃油发动机47，燃油发动机47与发电机48通过联轴器相连接，用于无人机和聚合物锂电池供电。

所述的油电混合动力模式如图16所示，油箱给燃油发动机提供燃料，燃油发动机带发电机转动，产生三相交流电，通过整流，滤波，稳压处理产生稳定的直流电能，当产生的电能刚好满足无人机消耗时，发电模块直接给无人机供电能；当产生的电能大于无人机消耗需求是，发电模块除了向无人机提供电能外，同时向聚合物锂电池供电能；当发电模块产生的电能没法满足无人机消耗需求时，发电模块与聚合物锂电池一起为无人机提供电能。

如图17的左侧图所示，在本实施例中的四旋翼轴心并不是垂直于机身平面，在不消耗过多的能量的情况下，四旋翼的轴心机身中心线倾斜，使左侧两个旋翼产生向左的风场，使右侧两个旋翼产生向右的风场，即使旋翼下压风场产生有一个向左右两边风场。相比于图17右侧所示的传统四轴，本实施例利用旋翼产生的左右风场，扩大风场宽度。如图18所示的风场仿真结果，本发明的无人机结构，其风场作用幅宽(约5m)相比传统结构(约4m)增大了1m左右，授粉状态时，可使父本花粉向两边的母本扩散范围更大，提高了授粉作业效率；当无人机处于喷药作业状态时，药液沿着该风场向两边扩散，喷药作业幅宽增大，提高喷药效率。

一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的授粉作业方法，操作步骤如图19，包括以下步骤：

S1：在搭载平台安装电池箱，依据授粉作业区域划分单条或多条航线，或利用航拍识别父本行，自动生成航线；

S2：将生成的航线导入无人机遥控器，并设置作业的高度以及速度；

S3：放置无人机于授粉作业航线起点，并在多个独立腔体中填入电池，或者在发电模块固定支座上安装发电模块实现油电混合动力供电；

S4：接通无人机电源，等待无人机上电自检就绪后，上传作业任务，无人机依据设定的参数进行授粉作业；

S5：在飞行过程中利用机器视觉辅助识别父本，纠正偏航保持无人机航线处于对应父本厢中间，同时，供电管理系统依据电池数量、电池电压控制不同腔体中电池之间的自动切换，保证稳定供电，实现续航时间自动延展；

S6：在无人机的飞行过程中，旋翼产生的风场作用于父本稻穗，促使父本花粉脱落，在风力的辅助下，扩散至母本花蕊，实现辅助授粉。

在本实施例中，无人机辅助授粉过程具体包括：用航拍识别父本行，自动在父本行中间生成航线，在飞行过程中利用机器识别父本行，纠正偏移使得每一条航线都在父本中间。在杂交水稻制种授粉的盛花期内，气候较佳时间段10:00至13:00，阴雨天授粉时间则视当天气象情况而定，把续航时间可延展的多用途授粉无人机展臂展开，放置授粉作业第一条航线起点位置附近，然后架设RTK地面站，接通RTK地面站电源。打开遥控器，把电池箱安装在搭载平台上，然后根据需要安装聚合物锂电池进入独立腔体上，一般安装两组电池即可达到30min以上授粉作业续航时间要求，也可向前中后独立腔体中安装三组电池。此时，由于起飞重量加大，旋翼产生的风场足够把父本的花粉扬起来。此外，在发电模块固定支座上安装发电模块，可实现油电混合动力供电，提高续航时间。接通聚合物锂电池电源，若安装发电模块则还要启动发动机，待遥控器与续航时间可延展的多用途授粉无人机信号连接后，无人机起飞，并按照预设路径以特定高度、特定速度沿着父本中间线飞行，在飞行过程中，旋翼产生的风场作用于父本稻穗，花粉随着风场飘散在空中，逐步扩散到母本花蕊，从而完成这一辅助授粉过程。单日进行同样的辅助授粉作业三次，每次间隔半个小时，即能达到良好的授粉效果。

一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的喷药作业方法，操作步骤如图20，包括以下步骤：

S1：将搭载平台的模式组件换为药箱装置；

S2：设置喷药作业区域，依据喷药作业区域划分单条或多条航线，或利用航拍识别田块边界，自动生成航线；

S3：将生成的航线导入无人机遥控器，并设置作业的高度以及速度；

S4：放置无人机于喷药作业航线起点，通过药箱入口向药箱装置的药箱加入药物，添加电池至独立腔体内；若需要延展续航时间，可在药箱上安装发电模块，实现油电混合动力供电；

S5：接通无人机电源，等待无人机上电自检就绪后，上传作业任务，无人机依据设定的参数进行喷药作业。

本实施例的喷药作业过程包括：将电池箱拆卸掉，然后快速安装药箱，接上旋翼下药液雾化装置与药物出口之间的管道，然后向药箱的药物入口加入一定量的清水，接通无人机电源，用遥控器手动启动喷洒系统，排空管内空气。然后加入1L清水进行液泵流量校正，校正完毕即可启动无人机，并使无人机在预设区域内进行喷药作业。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，包括机身主体、展臂、旋翼、脚架、飞控系统、供电管理系统，所述机身主体安装于脚架上，所述旋翼安装于展臂上，所述展臂连接于机身主体，所述飞控系统用于控制无人机飞行，所述的供电管理系统用于管理电池的通电与断电，所述机身主体设有搭载平台，所述搭载平台用于安装模式组件，所述模式组件包括电池箱或药箱装置，所述电池箱设有多个独立腔体，所述独立腔体用于安装电池；所述药箱装置包括药箱和一个以上的独立腔体，所述药箱设有药物入口、药物出口；进行授粉作业时，模式组件为电池箱；进行喷药作业时，模式组件为药箱装置；

其授粉作业方法包括以下步骤：

S1：在搭载平台安装电池箱，依据授粉作业区域划分单条或多条航线，或利用航拍识别父本行，自动生成航线；

S2：将生成的航线导入无人机遥控器，并设置作业的高度以及速度；

S3：放置无人机于授粉作业航线起点，并在多个独立腔体中填入电池；

S4：接通无人机电源，等待无人机上电自检就绪后，上传作业任务，无人机依据设定的参数进行授粉作业；

S5：在飞行过程中利用机器视觉辅助识别父本，纠正偏航保持无人机航线处于对应父本厢中间，同时，供电管理系统依据电池数量、电池电压控制不同腔体中电池的自动切换，保证稳定供电，实现续航时间自动延展；

S6：在无人机的飞行过程中，旋翼产生的风场作用于父本稻穗，促使父本花粉脱落，在风力的辅助下，扩散至母本花蕊，实现辅助授粉。

2.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述机身主体包括一对纵向的机架支撑杆和一对横向的机架横臂，所述机架支撑杆与机架横臂连接形成矩形状的搭载平台，旋翼通过展臂连接搭载平台的四角；所述搭载平台的一侧固定有机头，所述飞控系统设于机头内。

3.根据权利要求2所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述电池箱为箱体结构，所述箱体结构设有开口，且开口上沿与搭载平台卡接，所述电池箱设有多个垂直挡板，所述挡板分割电池箱为多个独立腔体，所述独立腔体用于容纳电池，独立腔体之间设有间隙，用于电池散热。

4.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述电池箱设有电池箱电源接口，所述独立腔体设有单独的独立腔体电源接线口，所述电池箱电源接口汇集多个独立腔体的电源接线口。

5.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述电池箱还设有发电模块及发电模块固定支座，发电模块包括油箱、燃油发动机、发电机、整流单元、滤波单元、稳压单元，所述的发电机电力输出经整流单元、滤波单元、稳压单元处理后与电池箱电源接口连接；在发电模块固定支座上安装发电模块实现油电混合动力供电。

6.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述供电管理系统通过继电器控制电池的通断，所述电池与继电器之间还连接有二极管。

7.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述旋翼为四个，对称分布于搭载平台的四角，所述旋翼的旋转轴心与机身主体平面不垂直，所述旋翼的旋转轴心向搭载平台中心或向机身主体的中心或向内侧倾斜，使旋翼产生的下洗风场更有利于父本花粉向母本传送。

8.根据权利要求1所述的一种续航时间可延展的多用途授粉无人机的作业方法，其特征在于，所述药箱装置包括液泵、管道、药箱、一个以上的独立腔体，所述药箱装置插拔连接搭载平台，所述旋翼下方设有药液雾化装置，所述液泵提供动力使药箱内药物通过管道输出至药液雾化装置。

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